1、液晶显示部分由1602LCD液晶显示模块组成。1.3 总体设计框图系统组成:直流电机PWM调速方案如图1.1所示:方案说明:直流电机PWM调速系统以AT89C2051单片机为控制核心,由命令输入模块、LCD显示模块及电机驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入,单片机在程序控制下,定时不断给直流电机驱动芯片发送PWM波形,H型驱动电路完成电机正,反转控制;同时单片机不停的将从键盘读取的数据送到LCD显示模块去显示,从中不仅能读取其速度,而且能知晓其转向及一些温心提示。图 1.1 直流电机PWM调速方案2直流电机单元电路设计和分析2.1 直流电机驱动模块主要由一些二极管、电机和L298
2、直流电机驱动模块(内含CMOSS管、三太门等)组成。现在介绍下直流电机的运行原理2.1.1 直流电机类型直流电机可按其结构、工作原理和用途等进行分类,其中根据直流电机的用途可分为以下几种:直流发电机(将机械能转化为直流电能)、直流电动机(将直流电能转化为机械能)、直流测速发电机(将机械信号转换为电信号)、直流伺服电动机(将控制信号转换为机械信号)。下面以直流电动机作为研究对象。2.1.2 直流电机结构直流电机由定子和转子两部分组成。在定子上装有磁极(电磁式直流电机磁极由绕在定子上的磁绕提供),其转子由硅钢片叠压而成,转子外圆有槽,槽内嵌有电枢绕组,绕组通过换向器和电刷引出,直流电机结构如图2.
3、1所示。图2.1 直流电动机结构2.1.3 直流电机工作原理直流电机电路模型如图2.2所示,磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体,圆柱体的表面上固定着一个线圈abcd。当线圈中流过电流时,线圈受到电磁力作用,从而产生旋转。根据左手定则可知,当流过线圈中电流改变方向时,线圈的受方向也将改变,因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。图2.2 直流电动机电路模型2.1.4 直流电机主要技术参数直流电机的主要额定值有:额定功率Pn:在额定电流和电压下,电机的负载能力。额定电压Ue:长期运行的最高电压。 额定电流Ie:长期运行的最大电流。额定转速n:单位时间内的电机转动快慢。以r/min为单位
4、。励磁电流If:施加到电极线圈上的电流。2.1.5 直流电机PWM调速原理(1)直流电机转速直流电机的数学模型可用图2.3表示,由图可见电机的电枢电动势Ea的正方向和电枢电流Ia的方向相反,Ea为反电动势;电磁转矩T的正方向和转速n的方向相同,是拖动转矩;轴上的机械负载转矩T2及空载转矩T0均和n相反,是制动转矩。图2.3 直流电机的数学模型根据基尔霍夫第二定律,得到电枢电压电动势平衡方程式1.1:U=Ea-Ia(Ra+Rc)式1.1式1.1中,Ra为电枢回路电阻,电枢回路串联保绕阻和电刷接触电阻的总和;Rc是外接在电枢回路中的调节电阻。由此可得到直流电机的转速公式为:n =Ua-IR/Ce
5、式1.2式1.2中,Ce为电动势常数,是磁通量。由1.1式和1.2式得n =Ea/Ce 式1.3 由式1.3中可以看出,对于一个已经制造好的电机,当励磁电压和负载转矩恒定时,它的转速由回在电枢两端的电压Ea决定,电枢电压越高,电机转速就越快,电枢电压降低到0V时,电机就停止转动;改变电枢电压的极性,电机就反转。(2)PWM电机调速原理对于直流电机来说,如果加在电枢两端的电压为2.3所示的脉动电流压(要求脉动电压的周期远小于电机的惯性常数),可以看出,在T不变的情况下,改变T1和T2宽度,得到的电压将发生变化,下面对这一变化进一步推导。 图2.3 施加在电枢两端的脉动电压设电机接全电压U时,其转
6、速最大为Vmax。若施加到电枢两端的脉动电压占空比为D=t1/T,则电枢的平均电压为: U平=UD 式1.4由式1.3得到:n =Ea/CeUD/ Ce=KD ;在假设电枢内阻转小的情况下式中K= U/ Ce,是常数。图2.4为施加不同占空比时实测的数据绘制所得占空比和转速的关系图。图2.4 占空比和电机转速的关系由图看出转速和占空比D并不是完全速的线性关系(图中实线),原因是电枢本身有电阻,不过一般直流电机的内阻较小,可以近视为线性关系。由此可见,改变施加在电枢两端电压就能改变电机的转速成,这就是直流电机PWM调速原理。2.1.6 电机驱动模块的电路设计根据直流电机的工作原理,从PROTEU
7、S选取元器件如下,放置元器件、放置电源和地连线,我们参此设计的直流电机驱动模块电路如图2.5所示 2SK1058 : CMOSS管 74L26 : 三太门 1N4006 : 二极管 VSCOURCE : 电源 MOTOR-ENCODER : 直流电机 RES : 电阻 AT89C51 : 单片机 (在此并未显示)图2.5 直流电机驱动电路然而考虑市场的行情,既然已有专门地为电机驱动而设计的芯片,就没必要再从新来设计;选用L298芯片来构成的电路结构基本上跟上图一样,由L298芯片组装的驱动模块如图2.6 所示。所用元器件如下所示: AT89C51 : MOTOR-ENCODER : L298
8、: 电机驱动芯片 RESPACK-8: 排阻图2.6 直流电机及其驱动电路2.1.7 程序设计流程图图2.7 定时中断服务流程图2.2 直流电机的中断键盘控制模块2.2.1 外部中断设置(1) 外部中断允许设置中断控制寄存器IE的EX0对应INT0,EX1对应INT1,EA为中断的总开关,若要开放外部中断,只要将IE对应的位和总开关EA置1即可。如:开放外部中断0的设置:SETB EX0SETB EA开放外部中断0和1的设置:SETB EX1(2) 外部中断触发方式设置单片机外部中断有两种触发方式,一种是电平触发方式,另一种是脉冲触发方式,单片机外部中断触发方式和TCON的IT位有关。TF1T
9、R1TF0TR0IE1IT1IE0IT0电平触发设置方法:CLR ITX,为低电平触发方式。脉冲触发设置方法:SETB ITX1,为脉冲下降沿触发方式。在使用外部中断时,如果不进行设置,则为电平触发方式。(3) 外部优先级设置 外部中断IN0、INT1的中断优先级的设置是通过设置IP寄存器实现的,IP的PX0对应INT0,PX1对应INT1。PX置1为高级中断,PX为0为低级中断。PSPT1PX1PT0PX02.2.2 外部中断扩展方法在图2.8为外部中断扩展方法,设X1、X2、X3、X4、X5为外部警情信号,X1代表是加速信号,X1=0表示加速;X2代表减速信号,X2=0表示减速;X3代表正
10、转信号,X3=0表示正转;X4代表反转信号,X4=0表示反转;X5代表停止信号,X5=0表示停止处理。图 2.8 外部中断扩展电路当系统检测到有中断请求时,响应如下中断服务流程图2.9。图2.9中断服务流程23 1602LCD液晶显示模块2.3.1 引脚分布和接口信号说明(1)引脚分布1602液晶显示共有16个引脚,其引脚分布如图2.5所示。图2.10 1602液晶显示模块引脚分布(2)引脚功能1602引脚功能如表2.1所示表2.1 1602引脚功能编号符号引脚说明1VSSVSS为地电源9D2Data I/O2VDDVDD接5V正电源10D33VEE液晶显示偏压信号11D44RS0输入指令,1
11、输入数据12D55R/W0写入指令或数据,1读信息13D66E1读取信息,10执行指令14D77D015BLA背光源正极8D116BLK背光源负极2.3.2 LCD液晶电路图2.11 1602液晶显示模块组成2.3.3 显示程序流程图如3.12所示图2.12 3直流电机PWM控制系统的实现3.1 总电路图 图3.1 直流电机3.2 总电路功能介绍直流电机PWM调制控制系统具有加速、减速、正转、反转、停止控制功能。操作开关通过中断控制直流电机的加速、减速、正转、反转、停止控制功能,并通过LCD液晶显示。振荡、时钟电路和复位电路由80C51单片机内部给出。直流电机转动速度由LCD液晶显示。操作开关状态由液晶显示器显示。3.3 直流电机控制程序ORG 0000HSJMP DISPLAYORG 0003H LJMP BUTTON ; 外部0中断入口地址ORG 000BHLJMP DINGSHI ; 定时中断T0入口地址RS EQU P3.0RW EQU P3.1E EQU P3.4ORG 0030H ; 此次直流电机的设计以LCD字符夜晶的 ; 显示程序为主程序DISPLAY:SETB EA ; 打开中断总开关SETB EX0 ; 打开外部中断0开关SETB IT0 ;
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